Rotationsmaschine für flüssige, dampf- oder gasförmige Medien. Für Rotationsmaschinen, die sowohl als Kraftmaschine, wie auch als Arbeitsmaschine, z. B. als Pumpe, Verdichter oder dergleichen, mit flüssigen, dampf- oder gasförmigen Me dien arbeiten können, wurde bereits vorge schlagen, auf einem exzentrisch zu seinem Ge häuse gelagerten Rotor sich während des Um laufes zwangläufig verstellende einteilige Drehkolben, meist in Form von Platten vor zusehen, die mit dem lIedium als Treib- oder Fördermittel derart zusammenarbeiten, dass das lIedium die Drehkolben in dem sie füh renden, ringförmigen Kanal bewegt (Motor wirkung) oder von den Drehkolben gefördert wird (Pumpenwirkung).
Die Drehkolben sitzen bei diesen Maschinen zumeist an einer von einer Welle getragenen Scheibe und sind derart vierschwenkbar angeordnet, dass sie sieh während ihres Umlaufes in ihrer Winkel lage zur Durchströmuzi-,-sriehtung des Mediums bzw. Betriebsstoffes ändern, wodurch der auf die Drehkolben wirkende Druck je nach der jeweiligen Winkellage der Drehkolben sieh ändert.
Der Gegenstand der Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkolben zu ihrer selbsttätigen Anpassung an die ver schiedenen Querschnitte de.4 Durchströmkanals je aus mindestens zwei gegeneinander beweg baren, zweckmässig gegeneinander vierdreh baren Teilen zusammengesetzt sind.
Bei der erfindungsgemässen Maschine kann die Rotorwelle samt dem die zwei- oder mehr teiligen Drehkolben tragenden Rotor in an sieh bekannter Weise in bezug auf das Rotor gehäuse parallel zu sich bleibend seitlich ge radlinig verschiebbar oder um eine ausserhalb des Gehäuses gelegene Drehachse verstellbar sein oder umgekehrt, welche Ausführungs form nicht nur die stufenlose Regelbarken der Durchsatzmenge des verwendeten Betriebs stoffes und der Umlaufzahl der Maschine, son dern auch die Änderung der Dreh- und För- derrichtung gestattet, wie dies insbesondere Flüssigkeitsgetriebe erfordern.
Auf der Zeichnung sind drei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegen standes dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 die erste Ausführungsform der Maschine mit stabil gelagerter Welle im Längsschnitt, teil weise in Ansieht, Fig.2 einen Schnitt nach der Linie 11-II und Fig. 3 eine Einzelheit in Vorderansicht. Die zweite Ausführungs form, und zwar eine Maschine mit verstell barer Welle, ist. in Fig. .I in Seitenansicht und in Fig. 5 in Vorderansicht, teilweise im Schnitt veranschaulicht.
Die Fig. 6 zeigt als dritte. Ausführungsform eine zu einem Flüs sigkeitsgetriebe zusammengebaute Kraft- und Arbeitsmaschine im Längsschnitt.
Die als Kraft- bzw. Arbeitsmaschine für flüssige, dampf- bzw. gasförmige lIedien, aber auch für stufenlos regelbare Flüssigkeitsge triebe geeignete Maschine nach den Fig. 1 bis 3 weist das Maschinengehäuse 1 auf, in dessen kreiszvlindrischen, zweckmässig ausgebuchsten innern Teil 2 ein beiderseits von Endscheiben 3 begrenzter Rotorkörper 4 exzentrisch ange- ordnet ist.
Dies wird dadurch erreicht, dass die den Rotorkörper 4 tragende Antriebswelle 5 in den Gehäusedeckeln 6 ihre exzentrische Lagerung findet. Der Rotorkörper 4 besitzt eine Anzahl, z. B. vier, von sich über seine ganze Länge erstreckenden und im Querschnitt nach einem Kreisbogen geformten Ausneh- minmgen, von denen jede einen walzenförmi gen innern Drehkolbenteil 7 gleitdichtend auf nimmt.
Diese Kolbenteile 7 sind auf Förder- raumbreite, also zwischen den Endscheiben 3, nach einem flachen Bogen mondsichelartig ausgenommen, durchsetzen mit ihrem zylin drischen Endteil 7a die Endscheiben 3 und ruhen mittels je eines zentrischen Zapfens 8 drehbar in Scheiben 9, die ihrerseits unter Zu hilfenahme von Durchgangsschrauben 10 mit dem Rotorkörper 4 und den Endscheiben 3 starr zusammengespannt sind.
Eine weitere, jedoch kreisbogenförmig profilierte Ausneh- mimg der Kolbenteile 7 schafft Raum für einen äussern Drehkolbenteil 11, der auf För- derraumbreite zu einem der Innenseite des Rotorgehäuses 2 entsprechend gekrümmten Dichtungsteil 12 ausgestaltet ist und auf einem den Endteil 7a des innern Kolbenteils 7 exzentrisch zu dessen Mittelachsel durchsetzen den Bolzen 13 starr sitzt.
Damit die relativ breite Dichtungsflächen aufweisenden Dich tungsteile 12 während des Rotorumlaufes an der Innenseite des Rotorgehäuses 2 zwar dicht, aber ohne nennenswerte Bewegungswider stände geführt werden, ist auf den aus den Endscheiben 3 herausragenden Bolzen 13 ein Schlitten 14 (Fig.1 links, strichliert) starr be festigt, dessen in Drehrichtung gesehen vor dere und hintere Rollen 15 in der Ringnut 16 eines Steuerungsringes 17 satt geführt sind, wobei letzterer konzentrisch zum Rotor gehäuse 2 um einen Lagerring 18 drehbar ist.
Zwecks Erzielung einer vollkommenen Abdichtung, die auch vom Eintreten eines freien Spiels durch Maschinenverschleiss un- beeinflusst bleibt, erweist es sich insbesondere für dünnflüssige oder gasförmige Medien als Förder- bzw.
Treibmittel vorteilhaft, die Dich tungsteile 12 nicht mit den äussern Kolben teilen 11 aus einem einzigen Stück zu ferti- gen, sondern je eine gesonderte Dichtungs platte 12a (Fig.1, rechts) in einer entspre chenden Aussparung des verbreiterten Aussen- umfangteils der äussern Kolbenteile 11 einzu setzen, welche Dichtungsplatten unter dem Einfloss von kleinen Druckfedern 19 mit stets gleichmässigem Anpressdruck gegen die Innen fläche des Rotorgehäuses 2 gedrängt erden.
Die der Pressung des Mediums ausgesetzten Teile der äussern Kolbenteile 11 sind vorwie gend nach zur Mittelachse des Bolzens 13 kon zentrischen Zylinderflächen geformt, wodurch die an diesen wirksamen Kräfte durch die Achsen der Bolzen 13 gehen, so dass diese vom Arbeitsmedium her nahezu kein Dreh moment aufgedrüclzt erhalten und daher auch keine die Verstellung der innern Kolbenteile 7 in bezog auf die äussern Kolbenteile 11 er schwerenden Kräfte auf den Schlitten 14 bzw. Steuerungsring 17 übertragen können.
Zwi schen parallel zu einem Radius verlaufender Führungsleisten 2'0 (Fig. 2 unten und Fig. 3) der Endscheiben 3 ist ein Schlitten 21 radial verschiebbar, der mittels eines Kupplungsbol zens 22 den Steuerungsring 17 an den Rotor schaltet und deren gemeinsame Drehung ver- anlasst. Die vollständige Abdichtun;
des lIa- schinendruckraumes von den übrigen Gehäuse räumen wird mit Hilfe von teilweise feder belasteten, ringförmigen Dichtungsteilen 23, 24, 25 erzielt, von denen die erstgenannten 23 die innere stirnseitige CTleitflä.ehe der End- scheiben 3 gegen das Rotorgehäuse 7,
die zweiten 24 die Mantelfläche der Endscheiben 3 gegenüber der Innenseite des Gehäuses 1 und die zuletzt erwähnten 25 schliesslich die End- teile 7a der innern Kolbenteile 7 an ihrer Durchgangsstelle durch die Endscheiben 3 abdichten.
Während des Rotorumlanfes halten die Kolbendichtungsteile 12 bzw. 12a. der äussern Kolbenteile 11 die Dichtung längs der Innen seite des Rotorgehäuses 2 zwischen den Rotor arbeitsräumen aufrecht,
zumal sie ja zwang läufig von ihrem Schlitten 14 in der konzen trisch zum Rotorgehäuse \? gelegenen Rinnnut 16 des sich mitdrehenden Steuerungsringes 17 geführt werden und somit mit ihrer der In- nenseite des Rotorgehäuses 2 entsprechend ge krümmten Dichtungsfläche an der Rotor gehäuseinnenwand gleiten.
Da aber anderseits das Achsmittel der Rotorwelle 5 dauernd ex zentrisch unterhalb demjenigen des Rotor gehäuses 2 verlegt ist, bewegen sieh auch die Achsmittel der mit ihren Zapfen 8 in den mit dem Rotorkörper 4 und den Endseheiben 3 verbundenen Scheiben 9 gelagerten innern Kolbenteile 7 längs einer in bezug auf die Innenseite des Rotorgehäuses 2 bzw. die Kreis bahn der Kolbendichtungsteile 12 bzw. 12a nach unten verschobenen Kreisbahn, was zur Folge hat, dass die in unveränderlicher Lage geführten äussern Kolbenteile 11 z.
B. bei im Uhrzeigersinn umlaufendem Rotor 4, ausge hend von ihrer Scheitellage, in der rechten Rotorhälfte einen exzentrischen Druck, in der linken Rotorhälfte aber einen exzentrischen Zug auf die innern Kolbenteile 7 ausüben und somit deren Drehung in ihrer Lagerung entgegen dem bzw. im Uhrzeigersinn herbei führen. Dadurch wird auch der je von den gedaehten Verbindungslinien zwischen den Achsmitteln des Bolzens 13, des Kolbenteils 7 und der Welle 5 eingeschlossene Winkel in der rechten Rotorhälfte stetig verkleinert, in der linken Rotorhälfte jedoch vergrössert.
Die Wirkung der Drehkolbenteile 7, 11 gleicht. somit derjenigen von Kniehebeln, die im ober sten Teil des Rotors sich nahezu in der Streck lage befinden, wogegen sie im untersten Teil am weitesten einäeknickt sind. Demnach steht. dem Förder- oder Treibmittel in der obern Maschinenhälfte ein Durchflusskanal grossen Querschnitts zur Verfügung, und die z. B. als Pumpe verwendete Maschine fördert bei einer Rotordrehrichtung im Uhrzeigersinn von links nach rechts, wobei die Kolbenteile 7, 11 sich selbsttätig dem pro Umdrehung sich stetig ändernden Querschnitt des Durchströmkanals anpassen.
Um beize Umlaufen der Kolbenteile 7, 11 von vornherein ein absolut störungs freies Eindrehen bzw. Einknieken derselben zu ermöglichen, sind die in Betracht. kommen den Maschinenteile derart zu bemessen, dass der von den Verbindungslinien der Achsmittel des Bolzens 13, des Kolbenteils 7 und der Welle 5 eingeschlossene Winkel auch für die sich im gestreekten Zustand befindlichen Kol benteile 7, 11 kleiner als 180 ist.
Die bei der Verstellung der Kolbenteile 7, 11 vor sich ge hende relative Verschiebung des Schlittens 14, innerhalb der Ringnut. 16 des Steuerungs ringes 17, erfolgt wegen der beiderseitigen Führung auf Rollen 15 unter nur geringen Bew egtingswiderständen. Zur Vermeidung unzulässig hoher Drücke bei der Förderung inkompressibler Medien sind im Wirkungsbereich der Kolbenteile 7, 7.1 ein oder mehrere sich selbsttätig in Ab hängigkeit vom Arbeitsdruck ein- bzw. aus schaltende, nicht gezeichnete Zusatzräume vorgesehen, welche je nach der Grösse der Maschine im Rotorgehäuse 2 oder im Rotor körper 4 untergebracht sein können.
Jeder Zusatzraum steht mit dem Druckraum der Maschine über ein bei einem bestimmten Grenzdruck selbsttätig ansprechendes Ab schlussorgan, z. B. ein federbelastetes Ventil, in Verbindung. Mehrere Zusatzräume bzw. Abteilungen eines einzigen Zusatzraumes kön nen mit mehreren, bei -unterschiedlichem Grenzdreck ansprechenden Abschlussorganen ausgestattet sein.
Der Kolbendichtungsteil 12 bzw. 12a kann auch derart ausgebildet. sein, dass seine ge krümmte Dichtungsfläche in bezug auf den Bolzen 13 nicht einseitig, sondern symmetrisch (Fig.6, unten) ausgebildet ist, welche Aus führungsform sich besonders für eine ihre Drehrichtung wechselnde Arbeitsmaschine, z. B. eines stufenlos regelbaren Flüssigkeits getriebes, eignet, dessen Wirkungsweise noch an Hand der Fig. 6 näher erläutert werden wird.
Die Maschine nach den Fig. 4 und 5 weist eine im wesentlichen übereinstimmende Bau art wie die bereits besprochene auf; unter schiedlich jedoch ist, dass die Rotorwelle 5 zum Maschinengehäuse 1 bzw. zum Rotor gehäuse 2 nicht, in unveränderlicher Lage, sondern parallel zu sich selbst verstellbar ge lagert ist.
L m dies zu erreichen, sitzt der um laufende Steuerungsring 17 wieder zentriseh auf einem mit dem Gehäuse 1 starr verbun denen, aber aussen als Gleitfläche ausgestal teten Abschlussdsckel 25, wogegen die durch eine hinreichend grosse Bohl-.ing des letzteren frei hindurchgreifende Welle 5 samt dein früher beschriebenen Rotor - das sind der Rotorkörper 4 mit den Endscheiben 3, die in- nern Kolbenteile 7, Bolzen 13, die äussern Kolbenteile 11 und die Schlitten 14 - in eigenen Seitenschildern 26 ihre Lagerung fin det.
Die gegen das Gehäuse 1 verstellbaren Seitenschilder 26 liegen an den Aussenflächen der Gehäuseabschlussdeckel 25 gleitdichtend an, wobei die Abdichtung durch die Dich tungsringe 27 noch erhöht wird.
Die gleichmässige Verstellung der Seiten schilder 26 samt dem in ihnen gelagerten Ro tor wird dadurch bewirkt, dass sie auf einer Seite je um einen in einem Gehäuseauge 28 sitzenden Bolzen<B>29</B> versehwenkbar sind, auf der andern Seite aber mit einer Gabel 30 ge lenkig verbunden sind, deren Gelenkbolzen 31 durch je einen Augenansatz 32 der Seiten schilder 26 hindurchgreifen. Der Kopf 33 der Gabel 30 ist seinerseits mittels Zapfen 34 eines den Bund 35 einer Schraubenspindel 36 umfassenden Spindellagers 37 verschwenkbar gelagert.
Die mit einem Handrad 38 ausge stattete Schraubenspindel 36 greift in eine Mutter 39 ein, die in einem AngLzss 40 des Gehäuses 1 ortsfest untergebracht ist. Bei Betätigung des Handrades 38 wird somit die sich in die Mutter 39 hinein- oder aus ihr herausschraubende Schraubenspindel 36 über die als Lenker wirkende Gabel 30 eine gleich mässige und gleichläufige Verstellung der Seitenschilder 26 und somit eine Verschwen- kung der Welle 5 samt Rotor um die Bolzen 29 als Schwenkpunkt, und zwar innerhalb des Bereiches von Punkt I bis II in der einen oder andern Richtung herbeiführen.
Selbstverständlich kann die Verstellung der Seitensehilder 26 auch durch andere Triebwerksteile, z. B. mittels Exzenters, Schneckenrades und Schnecke, Zahnstangen und Zahnradtrieb oder dergleichen, erfolgen, wie auch die Seitenschilder 26 der Höhe nach parallel zueinander geführt sein können.
Die Wirkungsweise der lIasehine soll an Hand des in Fig. 6 veranschaulichten Flüssig keitsgetriebes erläutert werden, in dessen Ge häuse 42, das einen in sich geschlossenen Um laufkanal 41 einschliesst, oben eine als CTene- rator t1 wirkende Pumpe gemäss den Fig. 4 iuid 5, unten jedoch ein Motor E mit ortsfest, aber exzentrisch gelagerter Welle entspre chend den Fig.1 bis 3 eingebaut ist.
Wenn die Welle 5 sieh nach Betätigung des Handrades 38 in der untern Grenzstel lung I (Fig. 4 und 6 oben) befindet, wirken alle Teile in der bei der Maschine mit ständig unterhalb des Gehäusemittels gelagerten Welle 5 der Fig. 1 bis 3 bereits beschriebenen Weise, und die Pumpe<B>11</B> wird daher, wie gleichfalls dort festgestellt, bei einem Umlauf im Uhr zeigersinn voll von links nach rechts fördern (Fig. 6, voll gezeichnete Pfeile). Die Getriebe flüssigkeit, z. B. Öl, ini Umlaufkanal 41 wird demnach den Motor R im Uhrzeigersinn an treiben.
Je mehr die Welle 5 und somit. der Rotor der Pumpe .l mittels des Handrades 38 aus der untersten Grenzstelhlng I angehoben wird, desto geringer wird die Förderleistung der Pumpe, um bei Erreiehung der zentri schen Stellung 0 (Fig. 4) gänzlich aufzu hören, da in dieser Lage die Kolbenteile 7, 11 keine Verstellung erfahren und der Getriebe flüssigkeit in der obern und untern Pumpen hälfte je der gleiche Durchströmkanal zur Verfügung steht, durch die die Getriebeflüs sigkeit im Kreislauf herumgeführt wird.
Bei einer Verstellung der Welle 5 nach der obern Grenzstellung II (Fig.4) liin, erfolgt eine Verschiebung des Rotors naeh oben und damit eine Drehung der innern Kolbenteile 7 in um gekehrter Richtung, wodurch nunmehr in cler untern Maschinenhälfte ein ;
-rösserer Dureh- strömkanal entsteht. und demnach die Pumpe El in umgekehrter Riehtung (Fi-.6, gestri- ehelte Pfeile) fördert, bzw. den Motor B in Umlauf setzt. Somit hat man es in der Hand. durch Verstellung der Welle 5 die Förder- leistung der Pumpe El und die Arbeitsleistung des Motors B stufenlos zu regeln, aber auch die Drehrichtung willkürlieh zu ändern.
Die erfindungsgemässe Maschine kann bei spielsweise auch als rotierende Kolbenwasser kraftmaschine, insbesondere für hohe Drücke, vorteilhaft Anwendung finden, wobei die er forderliche konstante Drehzahl bei schwan kenden Kraftabnahmen mittels eines das Ge triebe für die Seitenschilder 26 betätigenden Drehzahlreglers, der die Verstellung des Ro tors bewirkt, eingehalten wird.